(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管の先端部又はその近傍に翼が取り付けられ、前記鋼管に回転力を与えることにより地中に貫入して埋設されるねじ込み式杭において、
翼が取り付けられている近傍の鋼管内周面または鋼管外周面に、その周面に沿ってほぼ全周を覆うように補強用鋼板が溶接接合され、
前記補強用鋼板は、前記鋼管の先端から、前記鋼管の直径の１．５倍以下の長さであり、
螺旋状の翼の始端と終端が取り付けられている段差部及び当該段差部付近に、前記補強用鋼板の切れ目が配置されていないことを特徴とするねじ込み式杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の先端部又はその近傍に翼が取り付けられ、その鋼管に回転力を与えることにより、翼の木ねじ作用によって、地中に埋設するねじ込み式杭に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼管の先端部又はその近傍に翼が取り付けられ、その鋼管に回転力を与えることにより、翼の木ねじ作用によって地中に埋設するねじ込み式杭は、これまで多数提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
まず、特許文献１に記載の回転圧入式鋼管杭（ねじ込み式杭）は、鋼製円筒体の下部に上下方向に延長する押込用傾斜前面を有する刃が設けられ、その傾斜前面の下端部から円筒体回転方向の後方に向かって斜めに上昇する傾斜ブレードが固着されて環状のドリルヘッドが構成され、そのドリルヘッドの上端部に鋼管杭の下端部が取り付けられている。
【０００４】
この構造では、鋼製円筒体の下部に設けられた狭幅円弧状の傾斜ブレードを地盤に切込侵入させるとともに、円筒体の横断面積に相当する少量の土を押込用傾斜前面により横方向に押込むだけでよく、従来の回転圧入杭に比べて同一の圧入力では圧入速度を速くすることができ、同一の圧入速度では小さな圧入力で済む。また、杭体が開端状態であるので、管内に土を取り込むことができ、施工性の向上が期待できる。
【０００５】
また、特許文献２に記載の翼付きねじ込み式鋼管杭は、鋼管の外径とほぼ等しい外径で、鋼管より肉厚又は強度の大きい取り付け部材と、鋼管の直径より大きい直径の１個若しくは複数個の螺旋状板又は鋼製板とを有し、その取り付け部に螺旋状板又は鋼製板を接合してほぼ螺旋状の翼を構成して、鋼管の先端部に溶接接合した構造である。
【０００６】
通常、螺旋状板又は鋼製板より曲げモーメントが発生するが、このような構成では、肉厚又は強度の大きい取り付け部材により大きな曲げ応力が発生することがない。また、鋼管の端部近傍が取り付け部材によって補強されるため、この範囲の肉厚を増すだけで鋼管全長の肉厚を増す必要がなく、経済的である。
【特許文献１】特開昭６１−０９８８１８号公報
【特許文献２】特開平１０−１５９０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１においては、その第１図に見られるように、傾斜ブレードの杭体からの張り出し量が小さいため、杭体を地中に貫入させるための推進力が不足し、硬い支持層などでは貫入困難となり、また、杭貫入後の鉛直支持力は小さくなるという問題がある。また、傾斜ブレードが取り付けられたドリルヘッドは、杭本体より厚肉のものが用いられ、別体で製作する必要があるため、コストが上昇してしまう問題がある。
【０００８】
また、特許文献２においても、特許文献１と同様に、先端部を別途製作して鋼管本体に取り付けており、鋼管本体との溶接が手間となり、経済的でない。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、鋼管の先端部又はその近傍に翼が取り付けられ、鋼管に回転力を与えることにより地中に貫入して埋設されるねじ込み式杭として、施工性および耐久性に優れるとともに経済的なねじ込み式杭を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１１】
［１］鋼管の先端部又はその近傍に翼が取り付けられ、前記鋼管に回転力を与えることにより地中に貫入して埋設されるねじ込み式杭において、
翼が取り付けられている近傍の鋼管内周面または鋼管外周面に、その周面に沿ってほぼ全周を覆うように補強用鋼板が溶接接合されていることを特徴とするねじ込み式杭。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のねじ込み式杭においては、翼が取り付けられている近傍の鋼管内周面または鋼管外周面に、その周面にそってほぼ全周を覆うように補強用鋼板を溶接接合するようにしているので、鋼管の先端部の厚さを大きくすることなく、加工も少なくして、低コストで、大きな回転トルクにも耐えられるような構造になっている。また、この補強用鋼板を溶接接合することにより、鉛直荷重に対して、翼から伝達される曲げモーメントにも鋼管部が耐えることができるので、供用時にも曲げモーメントによる鋼管の応力増加を軽減できる。
【００１３】
したがって、本発明のねじ込み式杭は、施工性および耐久性に優れるとともに経済的なねじ込み式杭となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明の一実施形態に係るねじ込み式杭を図１、図２に示す。図１は、この実施形態に係るねじ込み式杭の斜視図であり、図２は図１において矢印Ｘ方向にみた側面図である。
【００１６】
図１、図２に示すように、この実施形態に係るねじ込み式杭１は、鋼管２の先端部に、内角の総和が３６０°になる２枚の扇形状平板（鋼板）１１ａ、１１ｂによって形成されたほぼ螺旋状の翼１０が取り付けられ、鋼管２に回転力を与えることにより地中に貫入して埋設されるねじ込み式杭である。ここで、最初に地中に貫入する側の扇形状平板１１ａを下側翼１１ａ、他方の扇形状平板１１ｂを上側翼１１ｂと呼ぶことにする。そして、鋼管２の先端部には、螺旋状の翼１０の始端（下側翼１１ａの傾斜下端部）と終端（上側翼１１ｂの傾斜上端部）とが取り付けられている第１の段差部４ａと、螺旋状の翼１０の中間部（下側翼１１ａの傾斜上端部と上側翼１１ｂの傾斜下端部との接続部）が取り付けられている第２の段差部４ｂが設けられている。また、螺旋状の翼１０の中心付近には開口部３０が設けられている。
【００１７】
その上で、この実施形態に係るねじ込み式杭１は、翼１０が取り付けられている鋼管先端部の近傍の鋼管外周面に、その周面のほぼ全周を覆うように補強用鋼板２０が取り付けられている。
【００１８】
なお、ここでは、補強用鋼板２０を鋼管外周面に取り付けているが、図３に示すように、補強用鋼板２０を鋼管内周面に取り付けてもよい。
【００１９】
そして、補強用鋼板２０は、予め鋼板を鋼管２の周方向の曲面（外周面または内周面）に合わせて曲げ加工しておき、鋼管２の周方向に沿って隅肉溶接することで取り付けるものとする。なお、鋼管２の軸方向は必ずしも溶接しなくてもよい。
【００２０】
ちなみに、鋼管外周面または内周面のほぼ全周を覆うとは、全周３６０°を完全に覆うことが望ましいが、補強用鋼板２０の始端と終端の間に若干の隙間があることを許容するという意味である。周面の３５０°以上を覆うようにすることが好ましい。
【００２１】
また、運搬や加工を容易にするため、補強用鋼板２０を鋼管２の周方向に複数枚に分割して取り付けても良く、鋼管２と補強用鋼板２０とがほぼ一体となるように取り付ければよい。
【００２２】
ここで、補強用鋼板２０の板厚は、作用する回転トルクなどの外力に応じて決められ、例えば、φ１２００ｍｍの鋼管杭の場合、鋼管２の板厚１８ｍｍに対して、板厚９ｍｍ程度の補強用鋼板２０を取り付ければ、３５００ｋＮ・ｍ程度までのトルクに耐えることができる。ちなみに、補強用鋼板２０がない場合は、２５００ｋＮ・ｍ程度のトルクで局部的に鋼管２が降伏してしまう。補強用鋼板２０の適切な板厚はＦＥＭ解析などにより決定するのが望ましいが、通常、鋼管２と鋼板２０の板厚の和が鋼管２の直径の２％〜３％程度となる。
【００２３】
なお、施工時には、図４に示すように、段差部４ａ付近と段差部４ｂ付近（特に、段差部４ａ付近）に応力集中部５１が生じ、時として、それを起点とした亀裂５２が発生するので、この付近では鋼板２０に切れ目がないのが望ましい。
【００２４】
そして、供用時は、図５に示すように、地盤反力６１により、翼１０（下側翼１１ａ、上側翼１１ｂ）から鋼管２に曲げモーメントが伝達されるため、鋼管２の先端部は軸力と曲げモーメントを負担しなければならないが、補強用鋼板２０がその一部を負担することにより、対処することができる。なお、通常、曲げモーメントの影響範囲は鋼管２の先端から最大で１．５Ｄ（Ｄは鋼管２の直径）程度までであり、図６に示すように、補強用鋼板２０の高さＨは、鋼管２の先端から０．５Ｄ〜１．５Ｄ程度が望ましい。
【００２５】
なお、鋼管２の先端部には、図７に示すように、円周方向に第１の段部４ａと第２の段部４ｂを介して２分割して形成され、ほぼ同じ角度で同方向に向う傾斜面からなる第１の取り付け部３ａ（鋼管２の先端部側）と、第２の取り付け部３ｂとが設けられている。なお、これら第１の取り付け部３ａと第２の取り付け部３ｂとは、不連続ではあるがほぼ螺旋状をなしている。そして、第１の段差部４ａの高さｈ１は、杭１を貫入する地盤の状態、鋼管２の外径などによって異なるが、一般にｈ１＝０．１〜０．５Ｄ（Ｄは鋼管２の直径）程度が望ましく、また、第２の段差部４ｂの高さｈ２は、翼１０を構成する扇形状平板１１ａ、１１ｂの厚みより若干高く形成されている。第１の段部４ａの高さｈ１が０．１Ｄ未満の場合は、杭１の１回転当りの貫入量が著しく低下し、また、０．５Ｄを超えると１回転当りの貫入量が大きくなりすぎるため、杭１を回転するためのトルクが過大になる。
【００２６】
また、翼１０は、鋼管２の外径Ｄより大きい外径の円形鋼板又は楕円形鋼板を中央から２分割した扇形状平板１１ａ、１１ｂを用いて構成したものである。なお、翼１０の大きさは、ねじ込み式杭１を貫入する地盤の状態、鋼管２の外径などによって異なるが、ねじ込み施工性と支持力の大きさとのバランスを考慮して、鋼管２の外径Ｄの１．２〜３倍程度が望ましい。
【００２７】
そして、この実施形態では、前述したように、翼１０の中心に開口部３０が設けられており、それによって、鋼管２内へ土砂を取り込むようにしているが、場合によっては、閉塞してもよい。
【００２８】
開口部３０を設ける場合は、翼１０の中心にほぼ円形に開口させるのがよい。その開口部３０の直径は、鋼管２の外径Ｄの０．２５〜０．９倍程度であるが、鋼管２の外径Ｄの０．４倍以上開口すると開口による土の取り込み効果が大きくなる。ただし、開口部３０を大きくすると施工性は向上するが、支持力は低下するので、双方のバランスで形状を決めるのがよい。また、翼１０の径を大きくして鋼管２からの張り出しが大きくなると、供用時の地盤反力により生じる曲げモーメントのバランスも悪くなるため、張り出しが大きいときは開口部３０を小さくするのが望ましい。
【００２９】
一方、閉塞する場合は、下側翼１１ａと上側翼１１ｂとの隙間をふさぐ閉塞板が取り付けられるため、下側翼１１ａと上側翼１１ｂが一体化されトルク等に強い構造となるが、より大きなトルクによる施工を実施する場合は、施工性を向上させるために、補剛材４０を取り付ける方がよい。
【００３０】
このようにして、この実施形態に係るねじ込み式杭１においては、翼１０が取り付けられている鋼管先端部近傍の内周面または外周面に、その周面に沿ってほぼ全周を覆うように補強用鋼板２０を溶接接合するようにしているので、鋼管２の先端部の厚さを大きくすることなく、加工も少なくして、低コストで、大きな回転トルクにも耐えられるような構造になっている。また、この補強用鋼板２０を溶接接合することにより、鉛直荷重に対して、翼１０から伝達される曲げモーメントにも鋼管２が耐えることができるので、供用時にも曲げモーメントによる鋼管２の応力増加を軽減できる。
【００３１】
したがって、この実施形態に係るねじ込み式杭１は、施工性および耐久性に優れるとともに経済的なねじ込み式杭となっている。
【００３２】
なお、この実施形態においては、翼１０の形状は、２枚の鋼板１１ａ、１１ｂで形成した螺旋状の翼であるが、翼の形状はこれに限ったものではなく、２枚の鋼板を交差して取り付けた翼、鋼板を螺旋状に曲げ加工して取り付けた翼、３枚以上の鋼板や曲げ加工した鋼材によって形成した翼など、どのような形状のものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す側面図である。
【図４】施工時の応力状態の説明図である。
【図５】供用時の地盤反力の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態における補強用鋼板の高さを説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態における鋼管の先端部分を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ねじ込み式杭
２  鋼管
３ａ  第１の取り付け部
３ｂ  第２の取り付け部
４ａ  第１の段差部
４ｂ  第２の段差部
１０  翼
１１ａ  下側翼
１１ｂ  上側翼
１２  第２の翼
２０  補強用鋼板
３０  開口部
５１  応力集中部
５２  亀裂
６１  地盤反力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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